为考察顺层钻孔设计参数的差异对瓦斯抽采半径的影响,采用COMSOL数值模拟研究瓦斯抽采半径在不同钻孔布置方式和设计参数下的影响规律。研究发现,消突区域随着抽采钻孔间距的增大而增大,不同钻孔间隔下的布置方式对抽采效果有较大影响。另外,消突区域直径随着钻孔直径的增大也逐渐增大,相比单个顺层钻孔,钻孔耦合时,钻孔直径的变化对瓦斯抽采效果影响不大,因此在顺层多孔耦合的条件下,通过增大钻孔直径的方法来扩大消突区域是不可行的。随着抽采时间的延长,顺层、多孔耦合钻孔的消突区域逐渐增大,其消突区域有一个阈值,一段时间后,再继续抽采瓦斯已经没有效果。随着抽采负压的增大,钻孔抽采影响半径有小范围增大,但增大的幅度远远小于抽采负压的增大幅度,直到稳定在某个定值上。随着抽采时间的增加,顺层钻孔单孔的抽采瓦斯流量逐渐降低,且降低的幅度逐渐减弱,最终逐渐靠近于某一个定值。单孔瓦斯流量与抽采时间之间呈现指数关系,并对此结论进行现场验证,研究结果对煤矿顺层瓦斯抽采钻孔设计具有一定指导意义。

国家自然科学基金资助项目（51474211），国家自然科学基金资助项目（11531010），国家自然科学基金资助项目（51204174）；

1 数值模型
1.1 流固耦合模型
1.1.1 煤体多场耦合模型假设
1.1.2 煤体变形方程
1.1.3 瓦斯流动方程
1.2 钻孔几何模型
1.3 模型参数
2 钻孔抽采影响因素
2.1 钻孔抽采影响半径与钻孔布置间隔的关系
2.2 抽采影响半径与钻孔直径的关系
2.3 钻孔抽采影响半径与预抽时间的关系
2.4 钻孔抽采影响半径与预抽负压的关系
2.5 顺层钻孔的单孔瓦斯流量变化
3 现场试验
4 结语

黄勇,朱传杰,徐宁,赵鹏远,任洁,周靖轩.顺层钻孔瓦斯抽采半径的关键影响因素数值模拟研究[J].煤炭科技,2020,41(03):55-63.DOI:10.19896/j.cnki.mtkj.2020.03.017.